JP2961798B2

JP2961798B2 - 鋼の連続鋳造方法及び装置

Info

Publication number: JP2961798B2
Application number: JP8130990A
Authority: JP
Inventors: 章生長棟; 浩一手塚; 勇小峯; 範夫青; 裕則山本; 裕計近藤
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1999-10-12
Anticipated expiration: 2014-10-12
Also published as: JPH03285745A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、鋼の連続鋳造方法及び装置に係り、さらに
詳しくは、溶鋼の鋳込温度を鋳造の全期間において一定
に維持する鋼の連続鋳造のための加熱方法及びその装置
に関するものである。

［従来の技術］先ず、連続鋳造プロセスにおいて、タンディッシュ内
の溶鋼を移行式のプラズマトーチを用いて加熱する従来
方法について説明する。プラズマの着火時には、プラズ
マトーチの先端を溶鋼表面に近づけた状態で高周波電流
と直流電流により非移行式プラズマとしてパイロットア
ークを発生し、これをガス流で溶鋼へ引き伸し、プラズ
マが溶鋼に到達してから大電流の直流電流に切り替えて
移行式プラズマを着火し、プラズマトーチ先端を溶鋼表
面から離した所定の位置に設定して、定常的なプラズマ
加熱が行なわれる。

このプラズマの着火時にプラズマトーチの先端を溶鋼
表面に接近させるので、溶鋼表面のレベルを正確に把握
していないとプラズマトーチの先端が溶鋼中に突っ込
み、プラズマトーチの損傷、プラズマトーチの冷却水漏
水による水蒸気爆発等重大な事故を引き起こす危険性が
ある。特に、鋳造開始あるいは鋳造終了時点で、タンデ
ィッシュ内の溶鋼レベルが変化している場合にもプラズ
マの着火が行なえるためには、タンディッシュ内の溶鋼
レベルを正確にかつ十分な応答性を以て計測する必要が
ある。

また、プラズマ加熱の定常状態においては、プラズマ
トーチに印加されているプラズマ電圧はプラズマの長さ
にほぼ比例する性質があるので、このプラズマ電圧を一
定に保つようにプラズマトーチの位置を制御することに
よって、通常はプラズマトーチの先端と溶鋼表面との間
隔をほぼ一定に保つことができる。

しかし、通常のプラズマ加熱では、タンディッシュ内
をアルゴンガスあるいは窒素ガス雰囲気としているが、
プラズマ電圧はこれらの雰囲気ガスの種類や濃度によっ
て変化するので、ガス供給系統の故障やタンディッシュ
のシールの異常等で、雰囲気ガスの状態が変化するため
にプラズマ電圧が変化することもあるので、プラズマ電
圧を管理するだけでプラズマトーチが溶鋼に突っ込まな
いようにするには不十分であり、溶鋼のレベルを直接的
に計測する必要がある。

以上のようにタンディッシュ内の溶鋼のレベルを計測
する必要性に対する従来技術としては、ロードセルによ
る重量管理法と、金属棒と溶鋼との電気導通法とが試み
られている。

（１）ロードセルによる重量管理法タンディッシュにロードセルを取り付けてタンディッ
シュ内の溶鋼の重量を計測し、この重量を溶鋼の比重で
除算して体積を求め、あらかじめ調査したタンディッシ
ュ内の形状から溶鋼の体積を溶鋼レベルに換算する方法
で、連続計測が可能である。

（２）金属棒と溶鋼との電気導通法金属棒をその先端がタンディッシュ内の所定位置とな
るように挿入し、その金属棒と溶鋼との接触の有無を電
気的導通を検出することによって、溶鋼レベルがその金
属棒先端のポイントに達しているか否かを計測する方法
である。また。上方から金属棒を徐々に下降させて、溶
鋼と電気的導通を検出した金属棒の位置から溶鋼表面の
位置を計測する方法もある。

電気的導通を検出する回路は、移行型プラズマトーチ
の陽極となる溶鋼中の対極と金属棒との間に微弱な電流
を通電するような構成がとられる。また、計測ポイント
を増やすために、複数の金属棒をその先端位置を変えて
タンディッシュ内に挿入する場合もある。

［発明が解決しようとする課題］（１）ロードセルによる重量管理法この方法では、溶鋼の体積をレベルに換算するため
に、タンディッシュ内の溶鋼レベルと体積の換算表をあ
らかじめ作製しておく必要がある。しかし、タンディッ
シュを形成している耐火物は、使用とともに徐々に損耗
し、同じ溶鋼の体積でもそのレベルは徐々に低くなる。
このため、正確な溶鋼のレベルを計測できないのが現状
である。

（２）金属棒と溶鋼との電気導通法この方法では、時間的に連続してレベルを計測するの
が困難である。また、金属棒位置を固定して溶鋼との電
気的導通を検知する方法では、計測されるレベル位置が
ポイントであるため金属棒を複数使用したとしても、ポ
イントとポイントとの間のレベル位置については、曖昧
性が残る。

したがって、鋳造開始と終了時点を除いた期間のよう
に、溶鋼レベルの変動が比較的遅くレベル計測の精度と
応答性の条件が緩やかとなる状態でのプラズマの着火は
この方法で実施されているが、鋳造の開始及び終了時点
のように、溶鋼のレベルが大きくかつ早く変化する期間
においては、この方法を適用することはできない。

また、この方法は、いわゆる接触方式なので、金属棒
は消耗式となり常に交換して更新しておく必要があり、
メインテナンス上の問題もある。

（３）その他の方法タンディッシュ内の溶鋼レベルを計測する方法とし
て、レーザ光を用いた距離計も考えることはできるが、
現実には、溶鋼表面の自発光と溶鋼表面のスラグの存在
により弱くなったレーザの反射光との区別が光学的に困
難である。

また、超音波のレーダ方式の距離計を利用する方法に
関しても、溶鋼表面近傍の温度分布、雰囲気ガスの種類
などの計測環境条件により、超音波が真っすぐに伝播し
ない、伝播速度が変化する等の問題があり、使用されて
いない。

本発明は以上のような課題を解決するためになされた
もので、例えばタンディッシュ内の溶鋼のレベルを応答
性良く連続計測し、そのレベルの計測値に基づいてプラ
ズマトーチの位置と投入電力を制御することにより、溶
鋼レベルが比較的大きく変化する鋳造開始および終了時
点でもプラズマトーチの着火が行なえ、また、プラズマ
加熱の定常状態においても、プラズマトーチの溶鋼内へ
の突っ込みを防止できる鋼の連続鋳造方法及び装置を得
ることを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］本発明に係る鋼の連続鋳造方法は、（１）タンディッシュの上方に移行式のプラズマトーチ
と、このプラズマトーチを昇降するための昇降装置と、
タンディッシュ内の溶鋼レベルを計測するためのマイク
ロ波レーダ方式のレベル計とを設置してなり、プラズマ
トーチに電力を供給するための電源と、プラズマトーチ
の昇降位置を計測するためのプラズマトーチ位置計測装
置と、電源とプラズマトーチ位置を制御するための制御
装置とを用いて、レベル計によって計測された溶鋼のレ
ベル値に基づいてプラズマトーチの位置を所定範囲内に
なるように制御し、又は、プラズマトーチの先端が溶鋼
に接触しないように制御するものである。また、（２）タンディッシュの上方に移行式のプラズマトーチ
と、このプラズマトーチを昇降するための昇降装置と、
タンディッシュ内の溶鋼レベルを計測するためのマイク
ロ波レーダ方式のレベル計とを設置してなり、プラズマ
トーチに電力を供給するための電源と、プラズマトーチ
の昇降位置を計測するためのプラズマトーチ位置計測装
置と、電源とプラズマトーチ位置とを制御するための制
御装置とを用いて、レベル計により計測された溶鋼レベ
ル値に基づいて、プラズマトーチの先端を溶鋼表面から
所定の範囲内となるようにプラズマトーチの位置を制御
してから、プラズマトーチを着火するようにしたもので
ある。

また、本発明に係る鋼の連続鋳造装置は、タンディッ
シュの上方移行式のプラズマトーチと、このプラズマト
ーチを昇降するための昇降装置と、タンディッシュ内の
溶鋼レベルを計測するためのマイクロ波レーダ方式のレ
ベル計とを設置してなり、プラズマトーチに電力を供給
するための電源と、プラズマトーチの昇降位置を計測す
るためのプラズマトーチ位置計測装置と、レベル計によ
る溶鋼レベル計測値とプラズマトーチ位置計測装置によ
るプラズマトーチ位置計測値を入力として、プラズマト
ーチの先端が溶鋼に接触しないようにプラズマトーチの
位置を制御し、また、プラズマトーチの先端を溶鋼表面
から所定の範囲内となるように、プラズマトーチの位置
を制御してからプラズマトーチを着火する機能を有する
制御装置とから成るものである。

さらに、上法方法及び装置におけるマイクロ波レーダ
方式のスラグレベル計は、擬似ランダム信号で変調した
マイクロ波を送信し、溶鋼表面からの反射波を受信して
このマイクロ波の往復伝播時間を計測し、この往復伝播
時間を距離に換算するようにしたものである。

［作用］タンディッシュの上方に設置したマイクロ波レーダ方
式のレベル計のアンテナからマイクロ波を送信して、溶
鋼表面からの反射波を受信するまでのマイクロ波の伝播
時間を測定し、これにマイクロ波の空気中の伝播速度を
用いてアンテナから溶鋼までの距離に換算することによ
り溶鋼表面のレベルを計測し、制御装置にその計測値を
出力する。

一方プラズマトーチ位置計測装置によりプラズマトー
チの先端の位置を計測し、その計測値を制御装置に出力
する。制御装置は溶綱レベルとプラズマトーチ先端の位
置を監視しながら、プラズマトーチの位置を溶鋼に近づ
けて所定の近接位置となるように、プラズマトーチ昇降
装置に位置制御信号を出力する。制御装置はプラズマト
ーチ先端が所定の近接位置となったら、プラズマ着火信
号を電源装置に出力する。

［発明の実施例］第１図は本発明の一実施例の構成を示す模式図で、
（ａ）はタンディッシュの平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ
断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。

タンディッシュ（１）は溶鋼（５）が下を通過できる
ような堰（２）により例えば４つの室に区切られてい
る。溶鋼（５）はノズル（４）によって図示されていな
い鍋から供給され、ノズル（３）によって図示されてい
ない鋳型に注入される。溶鋼（５）はこの間プラズマト
ーチ（11）によって加熱され、時間的に一定温度の状態
で鋳込まれる。

プラズマトーチ（11）は柱（21）で支持され、電動モ
ータとギャーとブレーキで構成された昇降装置（14）で
上下に移動でき、その位置は可動部に取り付けられ柱
（21）に接触したパルスジェネレータと、パルスカウン
タで構成されたプラズマトーチ位置計測装置（15）で計
測される。電源装置（12）はプラズマトーチ（11）とタ
ンディッシュ（１）内の陽極（６）に電気的に接続され
ている。プラズマトーチ（11）には、図示されていない
が冷却水の給水用と排水用の配管と、プラズマ発生のた
めのアルゴンガスなどのガス配管が接続されている。
（16）はタンディッシュ（１）の上方に設置されたマイ
クロ波レーダ方式のレベル計、（17）はその送信アンテ
ナ、（18）は受信アンテナである。（13）は制御装置
で、レベル計（16）と、プラズマトーチ位置計測装置
（15）と、昇降装置（14）及び電源装置（12）とに接続
されている。

マイクロ波レーダ方式のレベル計（16）の構成を第２
図に示す。マイクロ波レーダ方式のレベル計としては、
FMCW方式のマイクロ波レーダも使用できるが、溶鋼の保
温を目的として溶鋼表面にマイクロ波の反射率がきわめ
て低い焼きもみがらを浮遊させる場合があり、感度の高
いマイクロ波レーダが必要となる。本発明では、第２図
に示したような擬似ランダム信号でマイクロ波を変調し
て感度を高めたレーダを使用した。これは、本発明の出
願人が出願した特願昭63−250784号の発明と基本的に同
じものである。

第２図において、（31）は搬送波発信器、（32）は分
配器、（33）は乗算器、（34）は送信器、（35）はハイ
ブリット結合器、（36），（37）はクロック発生器、
（38），（39）は擬似ランダム信号発生器、（40）は乗
算器、（41）はローパスフィルタ、（24）は受信器、
（43）は乗算器、（44）は分配器、（45），（46）は乗
算器、（47），（48）はローパスフィルタ、（49），
（50）は二乗器、（51）は加算器、（52）は時間測定
器、（53）は距離換算器である。

第３図は第２図の動作を説明するための波形図、第４
図は７ビットのＭ系列信号発生器の構成図であり、（5
5）は７段構成のシフトレジスタ、（56）は排他的論理
和回路である。

次に、第３図及び第４図を参照して第２図のレベル計
（16）の動作を説明する。擬似ランダム信号発生器（3
8），（39）は例えばＭ系列信号発生器が使用できる。
第４図は７ビットのＭ系列信号発生器の構成を示してお
り、例えばECL（エミッタ・カップル・ロジック）素子
による７段構成のシフトレジスタと、排他的論理和回路
により構成される。Ｍ系列信号は符号の“1"（正電圧の
＋Ｅが対応する）と“0"（負電圧の−Ｅが対応する）の
組み合わせによる周期性循環信号であり、本実施例の７
ビットの場合2⁷−１＝127個（127チップともいう）の信
号を発生すると１周期が完了し、この周期を繰り返した
循環信号を発生する。擬似ランダム信号発生器（38），
（39）は同一回路で構成されるため、両者の出力信号は
全く同一パターンの信号となる。ただし、供給されるク
ロック周波数がわずかに異なるためその１周期もわずか
に異っている。また擬似ランダム信号としてはＭ系列信
号以外にも、ゴールド系列信号、JPL系列信号を使用す
ることができる。

クロック発生器（36），（37）は共に水晶発振子を内
蔵し、十分周波数の安定したクロック信号を発生する
が、その発生周波数がわずかに異っている。本実施例で
はクロック発生器（36）の発生周波数f₁を100.004MHz、
クロック発生器（37）の発生周波数f₂を99.996MHzと
し、その周波数をf₁−f₂＝8KHzとしている。クロック発
生器（36）及び（37）からそれぞれ出力されるクロック
信号f₁及びf₂は、それぞれ擬似ランダム信号発生器（3
8）及び（39）に供給される。擬似ランダム信号発生器
（38）及び（39）は、駆動用クロック信号の周波数差に
よりそれぞれの１周期がわずかに異なるが、同一パター
ンのＭ系列信号M₁及びM₂を出力する。いま２つのＭ系列
信号M₁及びM₂の周期を求めると、 M₁の周期＝127×1/100.004MHz≒1269.9492ns M₂の周期＝127×1/ 99.996MHz≒1270.0508ns となる。即ち２つのＭ系列信号M₁及びM₂は約1270ns（10
^-9秒）の周期を有するが、両者の周期には約0.1nsの時
間差がある。それ故この２つのＭ系列信号M₁及びM₂を循
環して発生させ、ある時刻t_aで２つのＭ系列信号のパタ
ーンが一致したとすると、１周期の時間経過毎に0.1ns
のずれが両信号間に生じ、100周期後には10nsのずれが
両信号間に生ずる。ここでＭ系列信号は１周期1270nsに
127個の信号を発生するので、１信号の発生時間は10ns
である。従って２つのＭ系列信号M₁及びM₂間に10nsのず
れが生ずるこということは、Ｍ系列信号が１個分ずれた
ことに相当する。擬似ランダム信号発生器（38）の出力
M₁は乗算器（40）及び（33）に、また擬似ランダム信号
発生器（39）の出力M₂は乗算器（40）及び（43）にそれ
ぞれ供給される。

搬送波発振器（31）は例えば周波数約10GHzのマイク
ロ波を発振し、その出力信号は分配器（32）により分配
され、乗算器（33）及びハイブリッド結合器（35）に供
給される。乗算器（33）は例えばダブルバランスドミク
サにより構成され、分配器（32）より入力される周波数
約10GHzの搬送波と、擬似ランダム信号発生器（38）よ
り入力されるＭ系列信号M₁との乗算を行ない、搬送波を
位相変調したスペクトル拡散信号を出力し、送信器（3
4）へ供給する。送信器（34）は入力されたスペクトル
拡散信号を電力増幅し、送信アンテナ（17）を介して電
磁波に変換し、タンディッシュ（１）に向けて放射す
る。

ここで周波数10GHzの電磁波の空中での波長は3cmであ
り、タンディッシュ（１）内の粉塵の大きさ（直径）に
比べて十分長いので、粉塵等の影響を受けにくい。また
送信アンテナ（17）及び受信アンテナ（18）は例えばホ
ーンアンテナを用い、指向性を鋭く絞ることにより溶鋼
（５）の表面以外からの反射電力を可及的に小さくして
いる。なお、アンテナゲインはいずれも約20dB程度であ
る。

送信アンテナ（17）からタンディッシュ（１）内に向
けて放射された電磁波は、溶鋼（５）の表面で反射され
受信アンテナ（18）を介して電気信号に変換され、受信
器（42）へ入力される。受信器（42）へ入力信号が供給
されるタンミングは、当然送信アンテナ（17）から電磁
波が放射されたタンミングから、タンディッシュ（１）
内の溶鋼（５）の表面までの距離を往復し、受信アンテ
ナ（18）に到達するまでの電磁波の伝播時間だけ遅延し
ている。受信器（42）は入力信号を増幅し乗算器（43）
へ供給する。

一方、乗算器（40）に擬似ランダム信号発生器（38）
及び（39）からそれぞれ入力されたＭ系列信号M₁及びM₂
は乗算され、その乗算値の時系列信号はローパスフィル
タ（41）へ供給される。第３図の（ア）はこのローパス
フィルタ（41）への入力信号、即ち乗算器（40）の乗算
値である時系列信号を示した波形であり、乗算器（40）
へ入力される２つの擬似ランダム信号の位相が一致して
いる場合は＋Ｅの出力電圧が継続するが、両信号の位相
が一致していない場合は＋Ｅと−Ｅの出力電圧がランダ
ムに発生する。

ローパスフィルタ（41），（47），（48）は周波数の
帯域制限を行なうことにより一種の積分機能を有し、両
信号の相関演算値の積分信号として、両信号の位相が一
致している場合には、第３図の（イ）に示されるよなパ
ルス状信号を出力する。また両信号の位相が不一致の場
合には出力は零となる。従って、ローパスフィルタ（4
0）の出力には周期的にパルス状信号が発生する。この
パルス状信号は時刻の基準信号として時間測定器（52）
へ供給される。この基準信号の周期T_Bは、本実施例の場
合は擬似ランダム信号を７ビットのＭ系列信号M₁及びM₂
としたので、１周期の波数Ｎは2⁷−１＝127であり、f₁
＝100.004MHz、f₂＝99.996MHzであるので、T_B＝15.875m
sとなる。この基準信号とその周期T_Bは第３図の（エ）
に示される。

また、乗算器（43）へは受信器（42）からの受信信号
と、擬似ランダム信号発生器（39）からのＭ系列信号M₂
が入力され、両信号の乗算が行なわれる。この乗算器
（43）の乗算結果は、第１のＭ系列信号M₁により送信用
搬送波が位相変調される受信信号の被変調位相と、第２
のＭ系列信号M₂の位相が一致している場合は位相の揃っ
た搬送波信号として出力され、受信信号の被変調位相と
Ｍ系列信号M₂の位相が異なるときには、位相のランダム
な搬送波として出力され、分配器（44）へ供給される。

分配器（44）は入力信号を２つに分配し、その分配出
力R₁及びR₂をそれぞれ乗算器（45）及び（46）へ供給す
る。分配器（32）より送信用搬送波の一部が供給された
ハイブリッド結合器（35）は、入力信号に対して同相成
分の（位相０度の）信号Ｉと、直角成分の（位相90度
の）信号Ｑとを出力し、それぞれ乗算器（45）及び（4
6）へ供給する。乗算器（45）はハイブリッド結合器（3
5）より入力する信号Ｉ（即ち搬送波発振器（31）の出
力と同相の信号）と、分配器（44）より入力する前記信
号R₁との乗算を行ない、同様に乗算器（46）は入力する
信号Ｑ（即ち搬送波発振器（31）の出力と90度位相の異
なる信号）と前記信号R₂との乗算を行ない、それぞれ受
信信号中の位相０度成分（Ｉ・R₁）と位相90度成分（Ｑ
・R₂）とを抽出し、被検波信号として出力する。この被
検波信号としての信号Ｉ・R₁とＱ・R₂はそれぞれローパ
スフィルタ（47）及び（48）へ供給される。

ローパスフィルタ（47）及び（48）は周波数の帯域制
限を行なうことにより積分機能を有し、２信号の相関演
算値を積分を行なう。即ち、乗算器（43）の出力より分
配器（44）を介して乗算器（45）に入力する前記信号R₁
と、ハイブリッド結合器（35）により乗算器（45）に入
力する前記信号Ｉの位相が一致したとき、同様に乗算器
（46）に入力する前記信号R₂と信号Ｑの位相が一致した
とき、乗算器（45）及び（46）の出力信号はそれぞれ一
定極性のパルス信号（電圧＋Ｅのパルス信号）となり、
この信号を分析したローパスフィルタ（47）及び（48）
の出力には大きな正電圧が得られる。また前記信号R₁と
信号Ｉの位相の不一致のとき、及び前記信号R₂と信号Ｑ
の位相の不一致のとき、乗算器（45）及び（46）の出力
信号は、それぞれランダムに変化する正負両極性のパル
ス信号（即ち電圧＋Ｅと−Ｅのパルス信号）となり、こ
の信号を積分したローパスフィルタ（47）及び（48）の
出力は零となる。

ローパスフィルタ（47）及び（48）により上記の如く
積分処理された位相０度成分と位相90度成分の信号は、
それぞれ２乗器（49）及び（50）に供給される。２乗器
（49）及び（50）はそれぞれ入力信号の振巾を２乗演算
し、その演算結果の出力信号を加算器（51）に供給す
る。加算器（51）は両入力信号を加算して第３図の
（ウ）に示すようなパルス状検出力信号を出力し、時間
測定器（52）に供給する。いまこの検出信号の最大値発
生時刻をt_bとする。このように受信信号とＭ系列信号M₂
との相関処理により得られた信号から、送信用搬送波の
位相０度成分と位相90度成分をそれぞれ検波し、この検
波信号をそれぞれ積分処理後２乗演算し、この一対の２
乗値の和として溶鋼レベル検出信号を得る方式は構成が
多少複雑であるが、高感度の溶鋼レベル検出信号を得る
ことができる。また、Ｍ系列信号のような擬似ランダム
信号の相関出力を得るようにしているので、雑音の影響
を低減して信号を強調するため、信号対雑音比（S/N）
の高い測定システムを実現することができる。勿論搬送
波の検波方式としては、クリスタルを用いた検波方式が
あり、感度は低下するが、構成が単純化されるので、仕
様及びコストによりこの方式を採用することもできる。

時間測定器（52）はローパスフィルタ（10）から入力
される基準信号の最大値の発生時刻t_aと、加算器（51）
から入力される検出信号の最大値の発生時刻t_bとの間の
時間T_Dを測定する。このため時間測定器（52）は２つの
入力信号の最大値発生時刻を検出する機能を有する。例
えば、入力電圧値をクロック信号により逐次サンプルホ
ールドして、現在のクロック信号によるサンプル値とク
ロック信号の１つ前のサンプル値とを電圧比度器により
逐次比較して、入力信号の時間に対する増加状態から減
少状態に反転する時刻を検出することにより、入力信号
の最大値発生時刻を検出することができる。前記時間T_D
は第３図（エ）に示す基準信号の最大値発生時刻t_aと、
（ウ）に示す検出信号の最大値発生時刻t_bとの間の時間
として示される。この時間T_Dは、実際に電磁波が送信及
び送信アンテナ（17）及び（18）と、溶鋼（５）の表面
間の距離を往復する伝播時間τのf₁/（f₁−f₂）倍だけ
時間的に拡大されて得られる。本実施例の場合、f₁＝10
0.004MHz、f₂＝99.996MHzなので、12.500倍に時間が拡
大され、次式が得られる。

T_D＝12.500τ ……［１］なお、［１］式の時間T_Dは、前記基準信号の周期T_Bご
とに得られる。

このように、本発明は計測時間がきわめて大きく拡大
されているので、溶鋼（５）のレベルを短距離から精度
良く計測することができる。したがって送信及び受信ア
ンテナ（17）及び（18）から溶鋼（５）の表面までの距
離ｘメートルを［１］式により求めると、次式がえられ
る。

ｘ＝（f₁−f₂）/2f₁・ｖ・T_D ＝1.2×10⁴・T_D ……［２］送信アンテナ（17）と受信アンテナ（18）は共用する
こともできるが、本実施例では信号系統の混信を低減す
るため個別にアンテナを設けた。アンテナの構成は第５
図に示すように、開口部が200×120mmで長さ200mmのホ
ーンアンテナ（61），（61a）に、内寸法10×24mmで長
さ100mmの方形導波管（62），（62a）を接続し、この導
波管に6mmの穴（63），（63a）を設けてアルゴンガスを
流し、アンテナを冷却するようにしたものである。な
お、送信及び受信アンテナ（17），（18）と導波管（6
2），（62a）の材質は、銅、真鍮も使用できるが、本実
施例ではステンレス鋼を用いた。このマイクロ波レーダ
方式のレベル計により、溶鋼（５）のレベル計測精度と
して、分散4mm、応答速度として１秒を得ることができ
た。

制御装置（13）は、溶鋼レベル計測値とプラズマトー
チ先端位置計測値によりプラズマ着火のタイミングを制
御する。プラズマトーチ（11）の先端部を溶鋼（５）の
表面に接近させ、その距離が70mmとなったときに着火信
号を電源装置に（12）に出力するようにした。

この結果、省エネルギ策として精錬の出鋼温度を下げ
ても、鋳造開始時点からタンディッシュ（１）内の溶鋼
レベルが上昇中においても着火することができるように
なり、タンディッシュ（１）のプラズマ加熱の適用範囲
が広がった。また、別の鋳造では、鋳造開始時には溶鋼
温度が十分高く、プラズマ加熱の必要がなかったが、鋳
造終了間際になって溶鋼温度が低下して加熱の必要性が
生じたので、溶鋼レベルが下降中であるのにもかかわら
ずプラズマに着火して鋳造温度を一定に保ち、品質の良
い鋳片を歩留まり良く得ることができた。

電源装置（12）は、プラズマ着火信号が入力される
と、第６図に示すように、高周波電圧（76）をプラズマ
トーチ（11）の中心部の陰極（72）とノズル（71）との
間に印加し、陰極（72）とノズル（71）間に高周波プラ
ズマを発生させる。次にパイロットアーク用の直流電源
（75）に切り替えて、パイロットアークをプラズマトー
チ（11）の陰極（72）とノズル（71）の間に発生させ
る。このパイロットアークはプラズマトーチ（11）の陰
極（72）とノズル（71）の間のガス流により溶鋼（５）
のほうに引き伸ばされ、溶鋼（５）に到達する。この時
点で、溶鋼（５）側は陽極となり、プラズマトーチ（1
1）の陰極（72）との間に直流電源（74）を印加（例え
ば120V）することにより直流電流によるメインプラズマ
が着火し、パイロットアーク用の直流電源（75）はOFF
になる。メインプラズマが着火した後は、電源は安定電
流源として作動する。（73）はこれらの電源内のシーケ
ンスを制御するシーケンス制御部である。プラズマ印加
電圧はプラズマの長さにほぼ比例して大きくなる性質が
あるので、制御装置（13）はプラズマ着火後、プラズマ
の印加電圧が所定の値となるまでプラズマ（11）の位置
を徐々に溶鋼（５）から離し、その後は印加電圧が一定
に保てるように昇降装置を（14）を制御してプラズマト
ーチ（11）の位置を調整し、定常的なプラズマ加熱状態
とする。

また、制御装置（13）は、定常加熱状態においては、
溶鋼面からプラズマトーチ（11）の先端部までのギャッ
プ長を、スプラッシュ発生が少なくかつ加熱効率の高い
300〜400mmの設定距離に保ようにトーチ位置を制御す
る。一方、定電力投入制御時には必要な電力が投入され
るように、電流、電圧設定が行なわれ、電圧を制御する
ためにギャップ長を制御する。この場合、プラズマ電圧
が一定となるように、プラズマトーチ位置を制御してい
るが、プラズマトーチ（11）の溶鋼中へ突っ込み事故の
予防を目的として、レベル計測値とプラズマトーチ先端
位置の計測値とを比較し、トーチ先端が50mm以下となっ
た場合には、異常処理としてプラズマトーチ（11）を緊
急的に上昇させるようにしている。実際、タンディッシ
ュ（１）内をアルゴンガス雰囲気としている定常加熱中
に、タンディッシュ（１）のシール異常が発生して空気
が混入し、プラズマ電圧が高くなり、この電圧を下げる
ために制御装置（13）が自動的にプラズマトーチ（11）
の高さを低くして、プラズマトーチ（11）の位置が異常
に溶鋼表面に接近したが、制御装置（13）は自動的にレ
ベル計（16）の計測値を参照することにより、プラズマ
トーチ（11）の位置が異常に低いことを認識してプラズ
マトーチ（11）を緊急上昇させ、プラズマトーチ（11）
の溶鋼内突っ込み事故を未然に防ぐことができた。

［発明の効果］本発明は鋼の連続鋳造設備において、溶鋼レベルを直
接計測し、この情報を用いてプラズマトーチの位置や電
源を制御するようにしたので、鋳造の開始あるいは鋳造
の終了の時点で、溶鋼レベルが比較的早く変化している
ような状況下でもプラズマの着火ができるようになり、
精錬出鋼温度の低減によるエネルギの節約、高品質の鋳
片の歩留まり向上のメリットが得られる。さらに、定常
的なプラズマ加熱中にあっても、トーチの溶鋼中への突
っ込みによる重大事故を防止できる等、多くの効果を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す模式図で、（ａ）は平
面図、（ｂ）は第１図のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は第１図
のＢ−Ｂ断面図、第２図は本発明の要部をなすマイクロ
波レーダ方式レベル計の構成を示すブロック図、第３図
は第２図の動作を説明するための波形図、第４図は７ビ
ットのＭ系列信号発生器の構成図、第５図はアンテナの
実施例の模式図、第６図はプラズマトーチの着火を説明
するための回路図である。（１）……タンディッシュ、（５）……溶鋼、（11）…
…プラズマトーチ、（12）……電源装置、（13）……制
御装置、（14）……昇降装置、（15）……プラズマトー
チ位置計測装置、（16）……レベル計、（17）……送信
アンテナ、（18）……受信アンテナ。

フロントページの続き (72)発明者青範夫東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者山本裕則東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者近藤裕計東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (56)参考文献特開平３−285746（ＪＰ，Ａ) 実開平３−106256（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 11/10 B22D 11/16 B22D 41/01

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】移行式のプラズマトーチを用いた鋼の連続
鋳造設備において、タンディッシュの上方に移行式のプラズマトーチと、こ
のプラズマトーチを昇降するための昇降装置と、上記タ
ンディッシュ内の溶鋼レベルを計測するためのマイクロ
波レーダ方式のレベル計とを設置してなり、上記プラズ
マトーチに電力を供給するための電源と、上記プラズマ
トーチの昇降位置を計測するためのプラズマトーチ位置
計測装置と、上記電源とプラズマトーチ位置を制御する
ための制御装置とを用いて、上記レベル計によって計測
された溶鋼のレベル値に基づいて上記プラズマトーチの
位置を所定範囲内になるように制御し、又は、上記プラ
ズマトーチの先端が溶鋼に接触しないように制御するこ
とを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項２】移行式のプラズマトーチを用いた鋼の連続
鋳造設備において、タンディッシュの上方に移行式のプラズマトーチと、こ
のプラズマトーチを昇降するための昇降装置と、上記タ
ンディッシュ内の溶鋼レベルを計測するためのマイクロ
波レーダ方式のレベル計とを設置してなり、上記プラズ
マトーチに電力を供給するための電源と、上記プラズマ
トーチの昇降位置を計測するためのプラズマトーチ位置
計測装置と、上記電源とプラズマトーチ位置を制御する
ための制御装置とを用いて、上記レベル計によって計測
された溶鋼レベル値に基づいて上記プラズマトーチの先
端を溶鋼表面から所定の範囲内になるように上記プラズ
マトーチの位置を制御したのち上記プラズマトーチを着
火することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項３】マイクロ波レーダ方式のレベル計が、擬似
ランダム信号で変調したマイクロ波を送信し、溶鋼表面
からの反射波を受信してこのマイクロ波の往復伝播時間
を計測することを特徴とする請求項（１）若しくは
（２）記載の鋼の連続鋳造方法。
【請求項４】移行式のプラズマトーチを用いた鋼の連続
鋳造設備において、タンディッシュの上方に移行式のプラズマトーチと、こ
のプラズマトーチを昇降するための昇降装置と、上記タ
ンディッシュ内の溶鋼レベルを計測するためのマイクロ
波レーダ方式のレベル計とを設置してなり、上記プラズ
マトーチに電力を供給するための電源と、上記プラズマ
トーチの昇降位置を計測するためのプラズマトーチ位置
計測装置と、上記レベル計による溶鋼レベル計測値とプ
ラズマトーチ位置計測装置によるプラズマトーチ位置計
測値を入力として上記プラズマトーチの先端が溶鋼に接
触しないように上記プラズマトーチの位置を制御し、ま
た、上記プラズマトーチの先端を溶鋼表面から所定の範
囲内となるように上記プラズマトーチの位置を制御した
のち上記プラズマトーチを着火する機能を有する制御装
置とを備えたことを特徴とする鋼の連続鋳造装置。
【請求項５】マイクロ波レーダ方式のレベル計として、
擬似ランダム信号で変調したマイクロ波を送信し、溶鋼
表面からの反射波を受信してこのマイクロ波の往復伝播
時間を計測するようにしたマイクロ波レーダ方式のレベ
ル計を使用したことを特徴とする請求項（４）記載の鋼
の連続鋳造装置。